基于OSEK/VDX的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

阻尼控制可以衰減汽車高速行駛時(shí)出現(xiàn)的方向盤抖動(dòng)現(xiàn)象，消除轉(zhuǎn)向輪因路面輸入而引起的擺振。其原理很簡單，即汽車處于高速行駛時(shí)，使電動(dòng)機(jī)短路，其端電壓變?yōu)榱悖妱?dòng)機(jī)將不提供助力，但由于感應(yīng)電動(dòng)勢的作用，電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩。此過程等于增加了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻尼，駕駛員能夠獲得適當(dāng)?shù)穆犯?，不致有發(fā)飄的感覺。

2 EPS控制系統(tǒng)ECU設(shè)計(jì)

　　EPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是采集扭矩傳感器信號(hào)、車速傳感器信號(hào)和電動(dòng)機(jī)反饋電流信號(hào)，經(jīng)控制器中的控制策略和控制算法，通過脈寬調(diào)制控制伺服電動(dòng)機(jī)為駕駛員提供轉(zhuǎn)向輔助力。另外，考慮到其應(yīng)用對(duì)象的特殊性，其安全性要求的絕對(duì)地位，系統(tǒng)還需要提供許多應(yīng)急處理方案。

　　EPS系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括以下一些主要模塊：控制器核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制單元接口電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其保護(hù)電路、電磁離合器控制電路、傳感器信號(hào)處理電路以及電源系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)等，如圖2所示。在這里主要介紹一下控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。

圖2 EPS硬件電路結(jié)構(gòu)示意圖

　　2.1 控制器

　　EPS系統(tǒng)的微控制器采用的是Microchip公司的PIC18F458芯片。該系列芯片具有以下性能：

　?、?16位寬指令，8位寬數(shù)據(jù)通道，2 MB的程序存儲(chǔ)器、4 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高達(dá)10 MIPS的執(zhí)行速度。

　?、?40 MHz時(shí)鐘輸入，4～10 MHz帶PLL鎖相環(huán)有源晶振/時(shí)鐘輸入。

　?、?帶優(yōu)先級(jí)的中斷和8×8單周期硬件乘法器。

　?、?捕捉/比較/脈寬調(diào)制（CCP）模塊：

　　捕捉輸入——16位，最大分辨率為6.25 ns；

　　比較單元——16位，最大分辨率為100 ns；

　　脈寬調(diào)制（PWM）輸出——分辨率為1～10位；

　　最高PWM頻率——8位時(shí)頻率為156 kHz，10位時(shí)頻率為39 kHz。

　?、?增強(qiáng)型CCP模塊除具有以上CCP特性外，還具有1、2、4路的PWM輸出，可選擇PWM極性，可編程的PWM死區(qū)時(shí)間。

　?、?10位，8通道的A/D轉(zhuǎn)換。

　?、?CAN總線模塊。

　 2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是比較關(guān)鍵的部分。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化，采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制(Pulse Width ModulaTIon，PWM)的控制方式已成為絕對(duì)主流。在本系統(tǒng)中，電機(jī)的控制就是采用的PWM脈寬調(diào)制控制方式。全橋雙極性驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

　　PIC18F458單片機(jī)的ECCP引腳連接2個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110（每個(gè)IR2110可控制2個(gè)MOSFET），來控制4個(gè)MOSFET的導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)助力電機(jī)的控制。EPS系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)3種控制方式：常規(guī)控制、回正控制和阻尼控制。

圖3 助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路